KR101010513B1 - 반도체 제조용 인젝터 - Google Patents

반도체 제조용 인젝터 Download PDF

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KR101010513B1
KR101010513B1 KR1020030033321A KR20030033321A KR101010513B1 KR 101010513 B1 KR101010513 B1 KR 101010513B1 KR 1020030033321 A KR1020030033321 A KR 1020030033321A KR 20030033321 A KR20030033321 A KR 20030033321A KR 101010513 B1 KR101010513 B1 KR 101010513B1
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Abstract

본 발명은 내부에 웨이퍼가 안착되는 반응영역을 가지는 챔버에 설치되어, 외부로부터 유입되는 기체물질을 상기 웨이퍼로 분사하는 인젝터로서, 상기 챔버의 일면을 관통하여 외부로 노출된 일단과 챔버의 내부로 삽입되는 타단을 각각 가지는 다수의 가스 유입관과; 상기 인젝터의 내면에 각각 서로 구분되도록 형성되고, 상기 다수의 가스 유입관의 타단이 각각 연결되는 다수의 내부유로와; 상기 인젝터의 상기 웨이퍼와 대응하는 면을 각각 관통하여 상기 각각의 유로와 연결되는 다수의 노즐을 포함하는 인젝터를 제공한다.

Description

반도체 제조용 인젝터{injector for manufacturing semiconductor device}
도 1은 일반적인 에이엘디 프로세스 모듈의 개략구조도
도 2 와 도 3은 각각 일반적인 에이엘디 프로세스 모듈의 가스분사방법을 설명하기 위한 개념도
도 4는 본 발명에 따른 인젝터가 부설된 에이엘디 프로세스 모듈의 개략 단면도
도 5는 본 발명에 따른 인젝터 만을 한정하여 도시한 사시도
도 6은 본 발명에 따른 인젝터의 저면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 120 : 척
150 : 인젝터 152, 154, 156, 158 : 유로
162, 164, 166, 168 : 노즐 200 : 가스저장부
222 : 제 1 소스가스유입관 224 : 제 2 소스가스유입관
226 : 제 3 소스가스유입관 228 : 제 4 소스가스유입관
232 : 제 1 퍼지가스유입관 234 : 제 2 퍼지가스유입관
236 : 제 3 퍼지가스유입관 238 : 제 4 퍼지가스유입관
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 원자층증착방법으로 웨이퍼(wafer)의 상면에 박막을 증착하는 원자층증착(ALD : Atomic Layer Deposition) 프로세스 모듈(process module)의 챔버(chamber)에 설치되는 인젝터(injector)에 관한 것이다.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.
반도체 소자란, 기판인 웨이퍼(wafer) 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 이러한 박막의 증착 및 패터닝 등의 반도체 제조공정은 통상 내부에 웨이퍼가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버가 포함된 프로세스 모듈(process module)에서 이루어지는 것이 일반적이다.
이러한 반도체 제조용 프로세스 모듈은 각각 목적하는 공정에 따라 다양한 형태를 가지고 있지만, 공통적으로 도 1에 도시한 바와 같이 내부에 웨이퍼(wafer)가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(chamber)(20)와, 이 챔버(20) 내에 서 진행되는 반도체 제조공정에 필요한 기체물질을 저장하는 가스저장부(40)를 포함하고 있다.
이에 챔버(20)는 전술한 가스저장장치와 연결되는 유입관(22)과, 내부의 잔류 기체물질을 배출하는 배출관(24) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 포함하는 바, 먼저 챔버(20)의 내부로 웨이퍼가 인입된 후 밀폐되면 배출관(24)의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 통해 챔버(20) 내부 압력을 조절하고, 이 후 유입관(22)을 통해 챔버(20) 내로 공급되는 기체물질의 화학반응을 통해 웨이퍼를 가공하게 된다.
한편 기체물질의 화학반응을 통해 웨이퍼 상면에 박막을 증착하는 방법의 하나로 에이엘디(ALD : Atomic Layer Deposition 이하 ALD 라 한다.) 방법이라 약칭되는 원자층증착방법이 개발된 바 있는데, 이는 고순도의 박막을 구현할 수 있음과 동시에 균일도(uniformity) 및 스텝커버리지(step coverage) 특성이 우수한 박막을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있어 현재 반도체 제조공정에서 널리 사용되고 있다.
원자층증착방법은 둘 이상의 기체물질 간에 화학반응을 이용한다는 점에서 일반적인 화학기상증착방법(CVD : Chemical Vapour Deposition)과 유사하다 할 수 있으나, 일반적인 화학기상증착방법이 통상 웨이퍼가 존재하는 반응영역 내로 다수의 기체물질을 동시에 유입시켜 이의 반응생성물을 웨이퍼 상방에서 표면으로 쌓여 증착시키는 것과는 달리, 기체물질 간의 화학반응 위치를 웨이퍼 표면에만 한정시킨다는 점에서 큰 차이가 있다.
이에 피 증착 대상물인 웨이퍼가 존재하는 반응영역의 내부로 다수의 소스가스를 각각 순차적으로 유입함과 동시에 각각의 기체물질의 유입단계 전 후로 챔버의 내부 잔류 기체물질을 제거하는 퍼지(purge) 공정이 필수적으로 요구되는 바, 전술한 가스저장부(40)는 각각 제 1 소스가스를 저장하는 제 1 소스가스저장부(42)와, 제 1 퍼지가스를 저장하는 제 1 퍼지가스 저장부(44)와, 제 2 소스가스를 저장하는 제 2 소스물질저장부(46) 및 제 2 퍼지가스를 저장하는 제 2 퍼지가스 저장부(48)로 각각 구분된다.
이에 각각의 소스가스(S1, S2)와 퍼지가스(P1, P2)가 번갈아 가면서 순차적으로 챔버(20) 내로 유입되어 웨이퍼 상면에 매우 얇은 두께의 박막을 증착하고, 이러한 과정을 수 회 내지 수천회 반복하여 원하는 두께의 박막을 증착하게 된다.
이때 이러한 각각의 가스물질이 챔버(20) 내에서 웨이퍼로 분사되는 방법은 몇 가지로 구분될 수 있는데, 도 2 와 도 3은 이중 대표적인 예를 설명하기 위한 개념도로서, 본 발명과 관계없는 부분은 삭제하여 간단하게 표시하였지만 후술하는 기체물질의 웨이퍼로의 분사는 밀폐된 반응영역인 챔버 내에서 이루어짐은 당연한 사실일 것이다.
먼저 도 2는 일반적으로 샤워헤드(shower head) 방법이라 불리는 가스분사 방식을 도시한 것으로, 이는 먼저 챔버의 내부에 설치되는 척(30)의 상면에 웨이퍼(1)를 수평하게 안착시킨 후 이의 직 상부에 설치되는 인젝터(26)를 통해 기체물질을 분사하는 방식을 사용하고 있다.
이때 유입관(22)을 통해 챔버 내로 유입되는 제 1 및 제 2 소스가스(S1, S2) 와, 제 1 및 제 2 퍼지 가스(P1, P2)는 각각 동일한 하나의 유입관(22) 및 인젝터(26)를 경유하여 순차적으로 분사되는 바, 특히 인젝터(26)는 웨이퍼(1)의 직상부에 서로 평행하게 배열된 상태로 웨이퍼(1)의 상단에서 하단으로 기체물질을 분사하도록 구성되어 있다.
이러한 샤워헤드 방식의 기체물질의 분사방법은 일반적으로 가장 널리 사용되는 방법 중 하나이지만, 챔버의 내부 전면적으로 기체물질이 확산됨에 따라 제 1 또는 제 2 소스가스(S1 또는 S2)가 분사된 후 각각 후속되는 퍼지공정에 장시간이 요구되는 문제점을 가지는 바, 이러한 공정시간의 연장은 생산성이 낮은 원자층증착방법에 있어서 치명적인 단점으로 작용하게 된다.
또한 하나의 유입관(22) 및 이에 연결된 인젝터(26)를 공유하여 다수의 기체물질을 순차적으로 주입함에 따라 각각의 퍼지 공정이 충분히 이루어지지 않을 경우에 유입관(22) 및 인젝터(26)의 내부에는 소스가스가 잔류할 수 있고, 이와 같이 전 단계의 공정에서 사용된 소스가스가 잔류한 상태로 타 소스가스가 챔버의 내부에 공급될 경우 이들은 결국 기상에서 반응하여 반응생성물을 웨이퍼에 쌓게 하는 화학기상증착방법을 행하게 되는 바, 원자층증착방법을 통해 구현하고자 하는 고순도 등의 우수한 특성을 가지는 박막을 얻기가 힘들게 된다.
또한 챔버의 내부 전 면적에 기체물질이 확산됨에 따라 잦은 세정작업이 요구되고 이에 프로세스 모듈의 수명을 단축시키는 문제점을 가지고 있다.
이에 도 3은 통상 라미나 플로우(laminar flow) 방식이라 불리는 가스분사방법을 도시한 것으로, 이는 먼저 웨이퍼(1)와 평행하게 배열되는 버퍼플레이트(buffer plate)(50)를 구비하여 기체물질이 웨이퍼에 집중될 수 있도록 확산영역을 정의한 후, 이러한 버퍼플레이트(50)와 웨이퍼(1) 사이공간으로 일 측방에서 각각 제 1 소스가스(S1)와, 제 1 퍼지가스(P1)와, 제 2 소스가스(S2)와, 제 2 퍼지가스(P2)를 순차적으로 유입하는 방법이다.
이러한 라미나 플로우 방식의 기체물질 분사방법은 퍼지시간을 다소 단축시킴과 동시에 보다 순수한 박막을 구현할 수 있는 등의 장점을 가지고 있는 반면에, 측면에서 웨이퍼(1) 상면을 횡단하도록 분사되는 기체물질의 압력에 의해 웨이퍼(1) 상에 흡착된 기체물질 또는 박막이 탈착되기 쉬워 생산성이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
또한 이러한 라미나 플로우 방식 또한 순차적으로 유입되는 각각의 기체물질이 동일 경로를 통해 공급됨에 따라, 전술한 샤워헤드 방식의 기체분사방법과 동일하게 박막의 오염 가능성을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 각 소스물질의 유입시 발생되는 기상에서의 반응을 억제하여 고순도의 박막을 구현할 수 있는, 보다 개선된 인젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 웨이퍼가 안착되는 반응영역을 가지는 챔버에 설치되어, 외부로부터 유입되는 기체물질을 상기 웨이퍼로 분사하는 인젝터로서, 상기 챔버의 일면을 관통하여 외부로 노출된 일단과 상기 챔버의 내부로 삽입되는 타단을 각각 가지는 다수의 가스 유입관과; 상기 인젝터의 내면에 각각 서로 구분되도록 형성되고, 상기 다수의 유입관의 타 끝단이 각각 연결되는 다수의 내부유로와; 상기 웨이퍼와 일정 간격 이격되어 대응되는 상기 인젝터의 저면을 각각 관통하여 상기 각각의 유로와 연결되는 다수의 노즐을 포함하는 인젝터를 제공한다.
특히, 상기 다수의 가스 유입관 타단에는 각각 퍼지가스와 서로 다른 종류의 소스가스가 공급되어, 상기 소스가스 중 선택된 하나와 퍼지가스를 번갈아 상기 웨이퍼로 분사할 수 있도록 구성되며, 상기 다수의 유로는 각각 중심으로부터 점점 직경이 커지도록 동일 평면상에 배열된 다수의 동심원 형상인 것을 특징으로 하는 바, 이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서로 다른 종류의 소스가스와 퍼지가스를 각각 저장하는 다수의 가스 저장부; 내부에 웨이퍼가 안착되며 반응영역을 가지는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼 상에 상기 소스가스와 상기 퍼지가스를 분사하는 인젝터; 상기 소스가스의 상기 다수의 가스 저장부와 상기 인젝터와 각각 독립적으로 연결되는 다수의 소스가스 유입관; 상기 퍼지가스의 상기 다수의 가스 저장부와 상기 다수의 소스가스 유입관을 각각 연결하는 다수의 퍼지가스 유입관; 상기 인젝터에서 상기 다수의 가스 유입관과 각각 독립적으로 연결되어 동심으로 배열되는 동심원으로 배열되는 다수의 노즐;을 포함하는 프로세스 모듈을 제공한다.
특히, 프로세스 모듈에 있어서, 상기 다수의 노즐은 상기 인젝터에서 동일평면 상에 배열되고, 상기 다수의 가스 유입관 중 어느 하나가 상기 소스가스를 유입하면, 상기 어느 하나의 가스 유입관을 제외한 상기 다수의 가스 유입관은 퍼지가스를 유입하고, 상기 동심원으로 배열된 상기 다수의 노즐 중 최외각에 배열된 노즐은 상기 웨이퍼 직경의 1/3 내지 1/2의 직경을 가지고, 상기 다수의 소스가스 유입관은 제 1 내지 제 3 소스가스 유입관을 포함하고, 상기 다수의 퍼지가스 유입관은 상기 제 1 내지 제 3 소스가스 유입관과 각각 연결된 제 1 내지 제 3 퍼지가스 유입관을 포함하고, 상기 다수의 노즐은 제 1 내지 제 3 소스를 각각 유입시키기 위하여 상기 제 1 내지 제 3 소스가스 유입관과 각각 연결되는 제 1 내지 제 3 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 다성분계 물질을 증착하기 위하여 사용될 수 있는 인젝터(150)가 부설된 원자층증착 프로세스 모듈의 개략적인 단면도로서, 예시로서 4개의 소스가스를 챔버(100) 내부로 유입시킬 수 있는 상태를 도시하였다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 원자층증착 프로세스 모듈은 내부에 웨이퍼(wafer)가 안착되는 반응영역을 가지는 챔버(chamber)(100)와, 상기 챔버(100)의 내부에서 진행되는 반도체 제조공정에 필요한 기체물질을 저장하는 가스 저장부(200)로 구분될 수 있 다.
이때 가스 저장부(200)는 서로 다른 종류의 기체 상태의 소스 물질을 각각 저장하는 제 1 소스물질 저장부(202)와, 제 2 소스물질 저장부(204)와, 제 3 소스물질 저장부(206) 및 제 4 소스물질 저장부(208)로 구분될 수 있으며, 불활성 기체를 저장하는 제 1 퍼지가스 저장부(212), 제 2 퍼지가스 저장부(214), 제 3 퍼지가스 저장부(216) 및 제 4 퍼지가스 저장부(218)로 구분될 수 있다. 이러한 각각의 가스물질이 공급되는 챔버(100)는 내부의 잔류 기체물질을 배출하는 배출관(124) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 포함하고 있다.
또한 챔버(100)의 내부에는 웨이퍼(1)를 지지하는 척(130)이 부설되어 있는데, 이러한 챔버(100)에는 본 발명에 따른 인젝터(150)가 설치되어 외부로부터 유입되는 각각의 기체물질을 웨이퍼(1)로 분사하는 바, 이는 바람직하게는 웨이퍼(1)의 직상부에서 평행하게 배열되는 샤워헤드 방식의 인젝터(150)인 것을 특징으로 한다. 본 발명이 이에 한정되지는 않지만, 상기 인젝터(150)를 샤워헤드 방식으로 설치하는 경우 그 직경은 대략 상기 웨이퍼(1) 직경의 1/3 내지 1/2로 함으로써, 퍼지를 용이하게 할 수 있다.
이때 이러한 본 발명에 따른 인젝터(1500)의 상단은 각각 제 1 소스가스 저장부(202)와 연결되는 제 1 소스가스 유입관(222)과, 제 2 소스가스 저장부(204)와 연결되는 제 2 소스가스 유입관(224)과, 제 3 소스가스 저장부(206)와 연결되는 제 3 소스가스 유입관(226)과 제 4 소스가스 저장부(208)와 연결되는 제 4 소스가스 유입관(228)이 독립적으로 설치된다. 즉 상기 제 1 소스가스 유입관 내지 제 4 소 스가스유입관(222, 224, 226, 228)의 일단은 각각의 소스가스 저장부(202, 204, 206, 208)에 연결되고, 타단은 각각 독립적으로 인젝터(150)의 상단에 소정의 영역으로 연결된다.
특히 상기 인젝터(150) 인근에서 상기 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)이 분기되어 제 1 내지 제 4 퍼지가스유입관(232, 234, 236, 238)과 각각 연결될 수 있다. 즉, 도시한 바와 같이 제 1 소스가스 유입관(222)에는 제 1 퍼지가스유입관(232)이, 제 2 소스가스 유입관(224)에는 제 2 퍼지가스유입관(234)이, 제 3 소스가스 유입관(226)에는 제 3 퍼지가스유입관(236)이, 제 4 소스가스 유입관(228)에는 제 4 퍼지가스유입관(238)으로 연결되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이 일단이 대응되는 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)과 각각 연결되는 상기 제 1 내지 제 4 퍼지가스유입관(232, 234, 236, 238)의 타단은 각각 제 1 내지 제 4 퍼지가스 저장부(212, 214, 216, 218)와 연결된다.
결국, 본 발명의 가스 유입관의 구성은 일반적인 샤워헤드 방식의 인젝터가 하나의 유입관을 공유하는 것과 달리 반도체 제조공정에 사용되는 기체물질의 종류에 따라 이와 동수(同數)로 구비되는 것이다.
또한 이와 같이 각각의 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228) 및 제 1 내지 제 4 퍼지가스유입관(232, 234, 236, 238)을 통하여 인젝터(150)의 내부로 유입된 제 1 내지 제 4 소스가스(S1, S2, S3, S4)와 제 1 내지 제 4 퍼지가스(P1, P2, P3, 4)는 각각 순차적으로 챔버(100)의 내부 웨이퍼(1)를 향해 분사되는데, 이때 본 발명에서는 각각의 가스물질에 서로 다른 독립적인 분사경로를 부여하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 인젝터의 일부 사시도를 도시한 도 5와, 이의 저면도인 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 인젝터(150)의 내면에는 각각 링 형상으로 중심으로부터 가장자리로 갈수록 큰 직경을 가지도록 동심원 형상을 가지고 동일평면상에 배열되는 제 1 내지 제 4 유로(152, 154, 156, 158)가 설치되어 있으며, 이들 각 유로(152, 154, 156, 158)에는 전술한 제 1 내지 제 4 소스가스유입관(222, 224, 226, 228)이 인젝터의 상면(150a)으로 각각 삽입됨으로써 서로 다른 기체물질이 유입된다.
또한, 이와 같이 상기 제 1 내지 제 4 유로(152, 154, 156, 158)에 삽입된 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)의 최단부에는 그 하단의 웨이퍼(1)를 향하여 인젝터의 저면(150b)을 관통하는 다수의 제 1 내지 제 4 노즐(162, 164, 166, 168)이 설치되어 있는 바, 이에 의하여 각각의 기체물질을 서로 다른 경로를 통하여 챔버 내로 유입, 확산되는 것이다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 인젝터(150)는 그 내면에 서로 공간적으로 구분되는 다수의 유로가 설치되어 있고, 다수의 유로의 각각은 웨이퍼 방향으로 관통된 다수의 노즐에 의해 각각 외부와 노출된 상태에서, 이들 각각의 유로에 서로 다른 기체물질을 공급하는 다수의 유입관을 포함하고 있어, 결국 각 유입관을 통해 유입된 기체물질을 독립적인 이동경로를 가지고 챔버 내에 분사될 수 있게 된다.
이때 바람직하게는 다수의 유로는 3개 이상이 구비되는 것이 유리한데, 통상의 원자층증착 공정에서 사용되는 가스물질이 3종 이상이므로 이들을 각각 분리하기 위한 것으로, 특히 공정 중에 사용되는 퍼지가스의 종류가 틀릴 경우에 도시한 바와 같이 제 1 내지 제 4 유로(152, 154, 156, 158)가 설치될 수 있는 바, 이러한 유로의 수는 목적에 따라 자유로이 증감될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 상기 제 1 내지 제 4 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)을 통하여 특정의 소스가 유입되는 경우, 유입되는 소스가스와 연결되는 퍼지가스유입관은 Off 상태로 하고, 유입되는 소스가스를 제외한 나머지 소스가스 유입관과 연결되는 퍼지가스유입관은 On 상태로 조정하여 오염을 방지하고 소스가 웨이퍼 상면으로 균일하게 접촉될 수 있도록 함으로써, 유입되는 소스가 웨이퍼의 상면으로 원자층흡착을 용이하게 진행시킬 수 있도록 하는 것이 특히 바람직하다.
결국, 본 발명에 따르는 다수의 유로(152, 154, 156, 158)가 인젝터(150)의 내면에서 서로 독립적으로 설치되기 위해서, 중심으로부터 가장자리로 갈수록 직경이 커지도록 동일 평면상에 배열되는 동심원형상을 각각의 유로에 부여하여 공간적인 효율을 극대화하는 것으로, 이들 각 유로에는 이와 동수로 구비되는 소스가스 유입관(222, 224, 226, 228)의 말단이 각각 삽입된 상태에서 웨이퍼를 향해 인젝터의 저면을 관통하는 다수의 노즐(162, 164, 166, 168)을 가지고 있으므로 가스 저장부(200)에서 공급되는 서로 다른 기체물질은 서로 섞이지 않고 독립적으로 분사될 수 있다.
따라서 일반적인 인젝터에서 빈번하게 관찰되는 소스물질 간의 혼합현상은 본 발명에 따른 인젝터(150)에서는 발생될 수 없게 된다.
이에 전술한 본 발명에 따른 인젝터(150)가 설치된 원자층증착 프로세스 모듈의 구동을 도 4내지 도 6을 참조하여 설명하면, 먼저 챔버(100)의 내부로 웨이퍼(1)가 인입된 후 밀폐되면 배출관(124)의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압 수단을 통해 챔버(100) 내부 압력을 조절하고, 이 후 제 1 단계로 제 1 소스가스 유입관(222)을 통해 공급된 제 1 소스물질(S1)이 인젝터(200)의 제 4 유로(158)를 경유하여 제 4 노즐(168)로 웨이퍼를 향해 분사된다. 이 경우 상기 제 1 소스가스 유입관(222)과 일단이 연결된 제 1 퍼지가스유입관(232)을 제외한 나머지 퍼지가스유입관(234, 236, 238)을 통하여 퍼지가스(P2, P3, P4)를 유입시켜 챔버(100) 내부의 오염을 방지하고 상기 제 1 소스가스(S1)가 웨이퍼(1) 상면으로 균일하게 접촉할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이후 제 2 단계로 상기 제 1 소스가스 유입관(222)과 일단이 연결되는 제 1 퍼지가스유입관(232)을 통하여 제 1 퍼지가스(P1)가 상기 제 1 소스가스(S1)와 동일하게 인젝터 내면의 제 4 유로(158) 및 그 저면에 형성된 제 4 노즐(168)을 경유하여 챔버(100) 내부로 분사되어 잔류하는 제 1 소스가스(S1)를 제거하는 제 1 퍼지단계가 실시된다.
이후 제 2 소스가스 유입관(224)과 인젝터(150) 내면의 제 2 유로(154) 및 그 저면의 제 2 노즐(164)을 경유한 제 2 소스가스(S2)와, 상기 제 2 소스가스 유입관(224)과 일단이 연결되는 제 2 퍼지가스유입관(234)과 상기 제 2 유로(154) 및 제 2 노즐(164)을 경유한 제 2 퍼지가스(P2)가, 제 3 소스가스 유입관(226)을 통하여 인젝터(150)에 형성된 제 1 유로(152) 및 제 1 노즐(162)을 경유하여 제 3 소스가스(S3)와, 상기 제 3 소스가스 유입관(226)과 일단이 연결된 제 3 퍼지가스유입관(236)을 통하여 제 1 유로(152) 및 제 1 노즐(162)을 경유하여 제 3 퍼지가스(P3)가, 제 4 소스가 유입관(228) 및 그와 연결되는 인젝터(150)에 형성된 제 3 유로(156) 및 제 3 노즐(166)을 통하여 제 4 소스가스(S4)와, 상기 제 4 소스가스 유입관(228)과 일단이 연결된 제 4 퍼지가스유입관(238) 및 상기 제 3 유로(156) 및 제 3 노즐(166)을 통하여 제 4 퍼지가스(P4)가 순차적으로 챔버(100) 내부고 공급되어 원자층증착 방법의 1 주기를 구성하게 된다.
이 경우 각각의 소스가스(S2, S3, S4)가 유입되는 경우에 상기 제 1 소스가스(S1)가 유입되는 경우와 마찬가지로 각각의 소스가스유입관과 연결되는 퍼지가스유입관을 제외한 나머지 퍼지가스유입관을 통하여 퍼지가스를 공급할 수 있다. 예컨대, 제 2 소스가스(S2)가 유입되는 경우에는 제 1, 제 3, 제 4 퍼지가스(P1, P3, P4)가, 제 3 소스가스(S3)가 유입되는 경우에는 제 1, 제 2, 제 4 퍼지가스(P1, P2, P4)가, 제 4 소스가(S4)가 유입되는 경우에는 제 1, 제 2, 제 4 퍼지가스(P1, P2, P3)가 각각 유입될 수 있다.
도 4 내지 도 6에서는 4개의 소스가스(S1, S2, S3, S4)가 유입되는 경우를 도시하였으나, 이는 단지 예시일 뿐이고, 필요에 따라 적절한 수의 소스가스 유입관 및 이와 동수의 유로 및 노즐이 인젝터에 형성될 수 있다.
뿐만 아니라, 소스가스 유입관 및 소스가스 유입관과 연결되는 퍼지가스유입관의 위치 역시 도면에 도시된 것과 달리 필요에 따라 다른 식으로 배치할 수 있음은 자명한 사실이라 할 것이다. 예컨대, 제 1 소스가스 유입관(222)의 말단을 인젝터(150)의 중앙부를 관통하도록 하여 제 1 소스가스(S1) 및 제 1 퍼지가스(P1)가 제 1 유로(152) 및 제 1 노즐(162)을 경유하여 분사될 수 있도록 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 각각의 소스가스 및 유입된 소스가스 중 잔류하는 소스가스를 제거하기 위하여 제공되는 퍼지가스를 다음 단계에서 순차적으로 제공되는 소스가스 및 퍼지가스가 공급되는 영역과 구분되어 인젝터(150)의 독립적인 영역을 통하여 챔버(100) 내부로 유입시킬 수 있도록 인젝터(150)의 내면을 구성할 수 있다면, 각각의 가스유입관과 유로 및 노즐의 상대적인 위치는 필요에 따라 변경 가능하다.
이러한 단계를 순차적으로 진행하는 원자층증착방법의 1 주기를 통해 웨이퍼(1)의 표면에는 매우 얇은 고순도의 박막이 증착되고, 이후 동일한 공정을 반복함으로서 원하는 두께의 박막을 구현하게 된다.
본 발명은 원자층증착 프로세스 모듈을 통해 구현되는 원자층증착 방법에 있어서, 각각 서로 다른 기체물질을 공간적으로 구분하여 독립적으로 분사하는 인젝터를 제공한다.
이에 일반적인 경우와 달리 인젝터의 내부에서 서로 다른 종류의 가스물질이 혼합됨으로서 발생되는 오염의 가능성을 현저히 감소시킬 수 있고, 이를 통해 보다 개선된 반도체 제조공정을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다.
특히 본 발명에 따른 인젝터는 각각의 유로를 갈수록 폭이 넓어지는 동심원 형상을 부여함으로서 다수의 기체물질이 유입되더라도 효과적으로 구분하는 것이 가능하며, 이러한 각각의 기체물질은 미세한 홀인 노즐을 통해 웨이퍼로 분사하여 박막의 균일성을 개선시키는 효과를 가지고 있다.

Claims (10)

  1. 웨이퍼가 안착되는 반응영역을 가지는 챔버;
    서로 다른 다수의 소스물질 각각을 저장하는 다수의 소스물질 저장부;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 다수의 소스물질이 혼합되지 않도록 서로 독립적으로 설치되는 다수의 유로를 포함하는 인젝터; 및
    상기 다수의 유로와 상기 다수의 소스물질 저장부 각각을 대응시켜 연결하는 다수의 소스가스 유입관;을 포함하고,
    상기 인젝터를 통하여 상기 다수의 소스가스 중 선택된 하나와 퍼지가스를 독립적으로 상기 반응영역에 분사하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 프로세스 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 소스물질 저장부 각각과 짝을 이루는 다수의 퍼지가스 저장부와 상기 다수의 퍼지가스 저장부와 상기 다수의 소스가스 유입관 각각을 연결시키는 다수의 퍼지가스 유입관을 더욱 포함하고,
    상기 다수의 유로 각각에는 상기 다수의 유로와 연결된 상기 다수의 소스가스 유입관 및 상기 다수의 퍼지가스 유입관을 통하여 소스가스 및 퍼지가스가 교번적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 프로세스 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 유로는 상기 인젝터의 중심으로부터 점진적으로 직경이 증가하고 동일 평면상에 배열된 다수의 동심원인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 프로세스 모듈.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 유로 각각에 연결되어 상기 웨이퍼에 상기 다수의 소스물질을 분사하기 위한 다수의 노즐을 더욱 포함하고,
    상기 다수의 노즐은 상기 인젝터에서 동일평면 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 프로세스 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 유로 중 하나에 소스가스가 공급되면, 소스가스가 공급되는 상기 다수의 유로 중 하나를 제외한 상기 다수의 유로에는 퍼지가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 프로세스 모듈.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 동심원 중 최외각의 동심원은 상기 웨이퍼 직경의 1/3 내지 1/2의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 프로세스 모듈.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 유로 각각에 연결되어 상기 웨이퍼에 상기 다수의 소스물질을 분사하기 위한 다수의 노즐을 더욱 포함하고,
    상기 다수의 소스가스 유입관은 제 1 내지 제 3 소스가스 유입관을 포함하고, 상기 다수의 퍼지가스 유입관은 상기 제 1 내지 제 3 소스가스 유입관과 각각 연결된 제 1 내지 제 3 퍼지가스 유입관을 포함하고, 상기 다수의 노즐은 제 1 내지 제 3 노즐을 포함하는 것을 특징으로 원자층 증착 프로세스 모듈.
  9. 챔버와, 상기 챔버 내부에 위치하고 서로 다른 종류의 제 1 및 제 2 소스가스가 혼합되지 않도록 서로 독립적으로 설치되는 제 1 및 제 2 유로를 포함하는 인젝터를 포함하는 원자층 증착 프로세스 모듈에 있어서,
    상기 챔버의 내부에 웨이퍼를 인입시키는 제 1 단계;
    제 1 소스가스 유입관을 통하여 상기 제 1 유로에 상기 제 1 소스가스를 공급한 후, 제 1 퍼지가스 유입관을 통해 상기 제 1 유로에 제 1 퍼지가스를 공급하여 상기 제 1 유로에서 상기 제 1 소스가스를 제거하는 제 2 단계; 및
    제 2 소스가스 유입관을 통하여 상기 제 2 유로에 상기 제 2 소스가스를 공급한 후, 제 2 퍼지가스 유입관을 통해 상기 제 2 유로에 제 2 퍼지가스를 공급하여 상기 제 2 유로에서 상기 제 2 소스가스를 제거하는 제 3 단계;를 포함하고,
    상기 제 2 단계에서, 상기 제 2 유로에는 상기 제 2 퍼지가스가 공급되고, 상기 제 3 단계에서, 상기 제 1 유로에는 상기 제 1 퍼지가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  10. 삭제
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